Applied Biochemistry and MicrobiologyApplied Biochemistry and MicrobiologyПрикладная биохимия и микробиология0555-10993034-574XThe Russian Academy of Sciences68933010.31857/S0555109925030058FNUWYDArticlesСтатьиResearch ArticleSynthesis and antibacterial activity of silver nanoparticles stabilized by lipopeptides and glycolipids produced by Bacillus amyloliquefaciens and Pseudomonas fluorescensСинтез и антибактериальная активность наночастиц серебра, стабилизированных липопептидами и гликолипидами, продуцируемыми Bacillus amyloliquefaciens и Pseudomonas fluorescensKhinaA. G.ХинаА. Г.
Russian Federation

Lomonosov Moscow State University, Department of Chemistry

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, химический факультет

alex_khina@inbox.ruGordeevA. S.ГордеевА. С.
Russian Federation

Institute of Ecology, Biotechnology and Nature Management

Институт экологии, биотехнологии и природопользования

alex_khina@inbox.ruBiktashevaL. R.БикташеваЛ. Р.
Russian Federation

Institute of Ecology, Biotechnology and Nature Management

Институт экологии, биотехнологии и природопользования

alex_khina@inbox.ruGorbunovD. M.ГорбуновД. М.
Russian Federation

Department of Chemistry

химический факультет

alex_khina@inbox.ruKuryntsevaP. A.КурынцеваП. А.
Russian Federation

Institute of Ecology, Biotechnology and Nature Management

Институт экологии, биотехнологии и природопользования

alex_khina@inbox.ruLisichkinG. V.ЛисичкинГ. В.
Russian Federation

Department of Chemistry

химический факультет

alex_khina@inbox.ruKrutyakovYu. A.КрутяковЮ. А.
Russian Federation

Lomonosov Moscow State University, Department of Chemistry

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, химический факультет

nrcki@nrcki.ruLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваBauman Moscow State Technical UniversityМосковский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаKazan Federal UniversityКазанский (Приволжский) федеральный университетNational Research Center “Kurchatov Institute”Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”040920256132692821508202515082025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://cardiosomatics.ru/0555-1099/article/view/689330

The colloidal chemical and antibacterial properties of aqueous dispersions of silver nanoparticles stabilized by surfactin and rhamnolipids isolated from B. amyloliquefaciens and P. fluorescens were studied. The isolated biosurfactants were identified by thin layer chromatography and Fourier transform infrared spectrometry. Using the methods of UV-visible spectrophotometry, transmission electron microscopy and dynamic light scattering, the colloidal chemical characteristics of the resulting dispersions were studied. Optimal ratios of the precursor substances were found in which the used biosurfactants perform as effective stabilizers of dispersions of silver nanoparticles and ensure their aggregative stability for at least two months. It was shown that the studied dispersions have antibacterial activity against gram-positive B. subtilis and gram-negative P. aeruginosa and E. coli. A comparative assessment of the antibacterial activity of silver nanoparticles stabilized by biosurfactants and traditional silver-containing preparations, such as a silver nitrate solution and a dispersion of silver nanoparticles stabilized by citrate, was carried out. Furthermore, dispersions stabilized with surfactin showed the highest antibacterial activity, comparable to the effect of a silver nitrate solution, which is associated with their good colloidal stability. In addition, high antibacterial activity of dispersions of silver nanoparticles stabilized with biosurfactants isolated from Bacillus and Pseudomonas bacteria against strains of the other genus was discovered. An explanation of the observed phenomenon is given and the prospects for its application in medicine are proposed.

В работе изучены коллоидно-химические и антибактериальные свойства водных дисперсий наночастиц серебра, стабилизированных сурфактином и рамнолипидами, выделенными из бактерий B. amyloliquefaciens и P. fluorescens. Выделенные биосурфактанты идентифицировали методами тонкослойной хроматографии и ИК-Фурье спектрометрии. С помощью методов УФ-видимой спектрофотометрии, просвечивающей электронной микроскопии и динамического рассеяния света исследованы коллоидно-химические характеристики полученных дисперсий. Найдены оптимальные соотношения реагентов, при которых используемые биосурфактанты являются эффективными стабилизаторами дисперсий наночастиц серебра и обеспечивают их агрегативную устойчивость на протяжении не менее двух месяцев. Обнаружено, что исследованные дисперсии обладали антибактериальной активностью в отношении грамположительных B. subtilis и грамотрицательных P. aeruginosa и E. coli. Произведена сравнительная оценка антибактериальной активности наночастиц серебра стабилизированных биосурфактантами и традиционных содержащих серебро препаратов таких, как раствор нитрата серебра и дисперсия наночастиц серебра, стабилизированных цитратом. Наибольшую активность, сопоставимую с действием раствора нитрата серебра, показали дисперсии, стабилизированные сурфактином, что связано с их высокой коллоидной устойчивостью. Кроме того, обнаружена высокая антибактериальная активность дисперсий наночастиц серебра, стабилизированных биосурфактантами, выделенными из бактерий Bacillus и Pseudomonas, в отношении штаммов другого рода. Дано объяснение наблюдаемого феномена и предложены перспективы его приложения в медицине.

silver nanoparticlesbiosurfactantslipopeptidesglycolipidssurfactinrhamnolipidsantibacterial activityminimum inhibitory concentrationнаночастицы серебрабиосурфактантылипопептидыгликолипидысурфактинрамнолипидантибактериальное действиеминимальная ингибирующая концентрацияПравительство Российской ФедерацииGovernment of RF5Varela M.F., Stephen J., Lekshmi M., Ojha M., Wenzez N., Sanford L.M., Hernandez A.J. et al. // Antibiotics. 2021. V. 10. https://doi.org/10.3390/antibiotics10050593Butler M.S., Gigante V., Sati H., Paulin S., Al-Sulaiman L., Rex J.H. et al. // Antimicrob. Agents Chemother. 2022. V. 66. https://doi.org/10.1128/aac.01991-21Stachelek M., Zalewska M., Kawecka-Grochocka E., Sakowski T., Bagnicka E. // Annals of Animal Science. 2021. V. 21. P. 63–87. https://doi.org/10.2478/aoas-2020-0098Vila J., Moreno-Morales J., Ballesté-Delpierre C. // Clin. Microb. Infect. 2020. V. 26. P. 596–603. https://doi.org/10.1016/j.cmi.2019.09.015Hamad A., Khashan K.S., Hadi A. // J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 2020. V. 30. P. 4811–4828. https://doi.org/10.1007/s10904-020-01744-xWaszczykowska A., Żyro D., Ochocki J., Jurowski P. // Biomedicines. 2021. V. 9. P. 210. https://doi.org/10.3390/biomedicines9020210Sekito T., Sadahira T., Watanabe T., Maruyama Y., Watanabe T., Iwata T. et al. // World Acad. Sci J. 2022. V. 4. P. 1–6. https://doi.org/10.3892/wasj.2022.141Ozdal M., Gurkok S. // ADMET DMPK. 2022. V. 10. P. 115–129. https://doi.org/10.5599/admet.1172Krutyakov Y., Klimov A., Violin B., Kuzmin V., Ryzhikh V., Gusev A. et al. // Eur. J. Nanomed. 2016. V. 8. P. 185–194. https://doi.org/10.1515/ejnm-2016-0018Yin I.X., Zhang J., Zhao I.S., Mei M.L., Li Q., Chu C.H. // Int. J. Nanomedicine. 2020. V. 15. P. 2555–2562. https://doi.org/10.2147/IJN.S246764Dos Santos C.A., Seckler M.M., Ingle A.P., Gupta I., Galdiero S., Galdiero M. et al. // J. Pharm. Sci. 2014. V. 103. P. 1931–1944. https://doi.org/10.1002/jps.24001Cambier S., Røgeberg M., Georgantzopoulou A., Serchi T., Karlsson C., Verhaegen S. et al. // Sci. Total Environ. 2018. V. 610. P. 972–982. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.08.115Abramenko N., Semenova M., Khina A., Zherebin P., Krutyakov Y., Krysanov E., Kustov L. // Nanomaterials. 2022. V. 12. https://doi.org/10.3390/nano12224003Khina A.G., Krutyakov Y.A. // Appl. Biochem. Microbiol. 2021. V. 57. P. 683–693. https://doi.org/10.1134/S0003683821060053Salleh A., Naomi R., Utami N.D., Mohammad A.W., Mahmoudi E., Mustafa N., Fauzi M.B. // Nanomaterials. 2020. V. 10. https://doi.org/10.3390/nano10081566Liau S.Y., Read D.C., Pugh W.J., Furr J.R., Russell A.D. // Lett. Appl. Microbiol. 1997. V. 25. P. 279–283. https://doi.org/10.1046/j.1472-765X.1997.00219.xGordon O., Vig Slenters T., Brunetto P.S., Villaruz A.E., Sturdevant D.E., Otto M. et al. // Antimicrob. Agents Chemother. 2010. V. 54. P. 4208–4218. https://doi.org/10.1128/aac.01830-09Dibrov P., Dzioba J., Gosink K.K., Häse C.C. // Antimicrob. Agents Chemother. 2002. V. 46. P. 2668–2670. https://doi.org/10.1128/aac.46.8.2668-2670.2002Yamanaka M., Hara K., Kudo J. // Appl. Environ. Microbiol. 2005. V. 71. P. 7589–7593. https://doi.org/10.1128/AEM.71.11.7589-7593.2005Freeland J., Khadka P., Wang Y. // Phys. Rev. E. 2018. V. 98. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.062403Adeyemi O.S., Shittu E.O., Akpor O.B., Rotimi D., Batiha G.E. // EXCLI J. 2020. V. 19. P. 492. http://dx.doi.org/10.17179/excli2020-1244Cabiscol Catalā E., Tamarit Sumalla J., Ros Salvador J. // Int. Microbiol. 2000. V. 3. № 1. P. 3–8. https://doi.org/10.2436/IM.V3I1.9235McQuillan J.S., Shaw A.M. // Nanotoxicology. 2014. V. 8. P. 177–184. https://doi.org/10.3109/17435390.2013.870243Krutyakov Y.A., Khina A.G. // Appl. Biochem. Microbiol. 2022. V. 58. P. 493–506. https://doi.org/10.1134/S0003683822050106Krutyakov Y.A., Kudrinskiy A.A., Olenin A.Y., Lisichkin G.V. // Russian Chemical Reviews. 2008. V. 77. P. 233. https://doi.org/10.1070/RC2008v077n03ABEH003751Kvítek L., Panáček A., Soukupová J., Kolář M., Večeřová R., Prucek R. et al. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 5825–5834. https://doi.org/10.1021/jp711616vGibała A., Żeliszewska P., Gosiewski T., Krawczyk A., Duraczyńska D., Szaleniec J. et al. // Biomolecules. 2021. V. 11. P. 1481. https://doi.org/10.3390/biom11101481Vertelov G.K., Krutyakov Y.A., Efremenkova O. V, Olenin A.Y., Lisichkin G.V // Nanotechnology. 2008. V. 19. https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/35/355707Markande A.R., Patel D., Varjani S.A. // Bioresour. Technol. 2021. V. 330. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.124963Puyol McKenna P., Naughton P.J., Dooley J.S.G., Ternan N.G., Lemoine P., Banat I.M. // Pharmaceuticals. 2024. V. 17. P. 138. https://doi.org/10.3390/ph17010138Chrzanowski Ł., Ławniczak Ł., Czaczyk K. // World J. Microbiol. Biotechnol. 2012. V. 28. P. 401–419. https://doi.org/10.1007/s11274-011-0854-8Andrić S., Meyer T., Rigolet A., Prigent-Combaret C., Höfte M., Balleux G. et al. // Microbiol. Spectr. 2021. V. 9. https://doi.org/10.1128/spectrum.02038-21Kumar C.G., Mamidyala S.K., Das B., Sridhar B., Devi G.S., Karuna M.S. // J. Microbiol. Biotechnol. 2010. V. 20. P. 1061–1068. http://doi.org/10.4014/jmb.1001.01018Salazar-Bryam A.M., Yoshimura I., Santos L.P., Moura C.C., Santos C.C., Silva V.L., et al. // Colloids Surf. B. Biointerfaces. 2021. V. 205. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2021.111883Reddy A.S., Chen C. Y., Baker S.C., Chen C. C., Jean J. S., Fan C. W. et al. // Mater. Lett. 2009. V. 63. P. 1227–1230. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2009.02.028Rangarajan V., Dhanarajan G., Dey P., Chattopadhya D., Sen R. // Appl. Nanosci. 2018. V. 8. P. 1809–1821. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0852-3Bezza F.A., Tichapondwa S.M., Chirwa E.M.N. // J. Hazard Mater. 2020. V. 393. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122319Joanna C., Marcin L., Ewa K., Grażyna P. A // Ecotoxicology. 2018. V. 27. P. 352–359. https://doi.org/10.1007/s10646-018-1899-3Elnosary M., Aboelmagd H., Sofy M.R., Sofy A. // Egypt J. Chem. 2023. V. 66. P. 209–223. http://doi.org/10.21608/ejchem.2022.159976.6894Vasileva-Tonkova E., Sotirova A., Galabova D. // Curr. Microbiol. 2011. V. 62. P. 427–433. http://doi.org/10.1007/s00284-010-9725-zEL-Amine Bendaha M., Mebrek S., Naimi M., Tifrit A., Belaouni H.A. // Open Access Sci. Rep. 2012. V. 2. http://doi.org/10.4172/scientificreports.544Schalchli H., Lamilla C., Rubilar O., Briceño G., Gallardo F., Durán N. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2023. V. 11. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.111572Zhang F., Huo K., Song X., Quan Y., Wang S., Zhang Z. et al. // Microb. Cell Fact. 2020. V. 19. P. 1–13. https://doi.org/10.1186/s12934-020-01485-zSarker S.D., Nahar L., Kumarasamy Y. // Methods. 2007. V. 42. № 4. P. 321-324. https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2007.01.006Volk H., Hendry P. Consequences of Microbial Interactions with Hydrocarbons, Oils, and Lipids: Production of Fuels and Chemicals. / Ed. S. Y. Lee. Cham, Switzerland: Springer International Publishing AG, 2017. P. 1–16. https://doi.org/10.1007/978-3-319-31421-1_202-1Gordadze G.N., Tikhomirov V.I. // Pet. Chem. 2007. V. 47. № 6. P. 389–398.Seo J., Hoffmann W., Warnke S., Huang X., Gewinner S., Schöllkopf W. et al. // Nat. Chem. 2017. V. 9. P. 39–44. https://doi.org/10.1038/nchem.2615Janek T., Gudiña E.J., Połomska X., Biniarz P., Jama D., Rodrigues L.R. et al.// Molecules. 2021. V. 26. https://doi.org/10.3390/molecules26123488Deepika K.V., Raghuram M., Bramhachari P.V. // Afr. J. Microbiol. Res. 2017. V. 11. P. 218–231. http://doi.org/10.5897/AJMR2015.7881Nayarisseri A., Singh P., Singh S.K. // Bioinformation. 2018. V. 14. № 6. P. 304–314. http://doi.org/10.6026/97320630014304Shah M.U.H., Sivapragasam M., Moniruzzamana M., Yusup S.B. // Procedia Engineering. 2016. V. 148. P. 494–500. http://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.538Dengle-Pulate V., Chandorkar P., Bhagwat S., Prabhune A.A. // J. Surfactants Deterg. 2014. V. 17. P. 543–552. https://doi.org/10.1007/s11743-013-1495-8Oluwaseun A.C., Kola O.J., Mishra P., Singh J.R., Singh A.K., Cameotra S.S., Micheal B.O. // Sustain. Chem. Pharm. 2017. V. 6. P. 26–36. https://doi.org/10.1016/j.scp.2017.07.001Huynh K.A., Chen K.L. // Environ. Sci. Technol. 2011. V. 45. P. 5564–5571. https://doi.org/10.1021/es200157hLyng M., Kovács Á.T. // Trends Microbiol. 2023. V. 31. P. 845–857. https://doi.org/10.1016/j.tim.2023.02.003